大孔树脂吸附皂苷动力学和热力学机理研究

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大孔树脂对皂苷具有良好的富集作用,但在其机理研究上目前处于空白。  本文以知母药材为例,通过研究大孔树脂对知母总皂苷吸附的动力学和热力学过程,用数学模型进行拟合分析,并采用串联吸附模型进行吸附率考察,研究大孔树脂对知母皂苷吸附的机理及吸附共性。得到的吸附规律用百合和黄芪药材进行验证,讨论知母药材的动力学和热力学数据在百合和黄芪上的重现性。研究结论如下:  1.知母皂苷静态吸附热力学研究发现:XDA-5、LX-18、SP-825、XAD-16静态吸附知母皂苷热力学都符合Langmuir吸附理论,属于单分子层吸附,而不是多分子层吸附;拟合参数KLqm表现为这四种树脂对知母皂苷均为优先吸附,从理论上确定这四种树脂对知母皂苷吸附很合适,并能提高皂苷分离纯度。静态吸附都是放热过程,低温有利于吸附。静态平衡饱和吸附量大小排序基本为:XDA-5>SP-825>XAD-16>LX-18。静态吸附焓值、熵值、△G正负号都相同,说明吸附过程的热力学趋势一致,都为放热的主动吸附过程,且以熵值为主导的吸附过程。从焓值数据分析,SP-825、LX-18、XDA-5都是物理吸附过程,但XAD-16可能发生了部分化学吸附。这可能与XAD-16的树脂结构有一定关系。  2.Freundlich方程不能拟合SP-825,LX-18, XDA-5树脂的静态吸附过程,但XAD-16却能同时服从Langmuir方程和Freundlich方程。这可能与XAD-16树脂结构有一定关系,可能是知母总皂苷进入了树脂孔径内部并发生了化学吸附,产生了类似多分子层吸附的效果。  3.静态吸附动力学实验表明:孔径大小决定吸附过程的一级平台和二级平台是否明显。SP-825和XDA-5树脂孔径最小,就具有明显的两级吸附平台。一级吸附平台是大孔吸附造成的,一级吸附期间,吸附速率较大,传质阻力较小。二级吸附平台是小孔和微孔造成的。四种树脂在吸附前期都以液膜扩散为主,吸附后期由膜内扩散控制,这与吸附假设理论一致。由于各树脂孔径和表面积不同,静态吸附速率不尽相同,液膜扩散期间吸附速率较大,膜内扩散期间吸附速率较小。  4.对比动态吸附和静态吸附动力学实验,其结论基本一致。但与热力学数据不一致。热力学数据中,LX-18吸附量最小。而在动态吸附中,LX-18和XDA-5吸附效果最好。  5.动态吸附实验表明:动态吸附率逐渐降低,当吸附率降低到60%以下,需要动态吸附或更换吸附柱。吸附率下降的原因主要是液膜扩散和膜内扩散速率低于液体动态流速,导致动态泄露加剧,并使吸附速率下降。提高动态吸附率对工业化应用具有现实指导意义。  6.LX-18和XDA-5三柱串联吸附动态动力学实验表明:三柱串联可明显提高知母皂苷的转移率,比单柱吸附率提高10%以上。并在实验基础上模拟了工业生产路线,将传统的间歇式吸附过程串联为连续式吸附。  7.AB-8对黄芪和百合的吸附热力学数据与四种树脂对知母的吸附热力学数据不同,但推导出的热力学性质基本一致。即吸附为单分子层吸附,为放热过程,低温有利于吸附,对皂苷为范德华力推动的主动吸附过程。说明具有皂苷基本结构的物质与弱极性树脂的吸附机理基本一致。且与绝大多数实验现象一致。  8.各种药材的静态吸附量是不一致的。一方面是树脂本身的结构不同,另外一方面是皂苷的结构和含量也不同。不同药材的皂苷吸附量不能进行横向比较,也不具有实际意义。
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